LTE中的上行功率控制

无线系统中的上行功控是非常重要的，通过上行功控，可以使得小区中的移动台既保证上行发送数据的质量，又尽可能地减少对系统和其他用户的干扰，延长移动台电池的使用时间。LTE中，同小区内不同用户之间的上行数据，设计成相互正交的。因此同WCDMA相比，小区内上行干扰的管理就相对容易得多，LTE中的上行功率控制是慢速而非WCDMA中的快速功率控制。LTE通过功率控制，主要用来使得上行传输适应不同的无线传输环境，包括路损，阴影，快数衰落，小区内及小区间其他用户的干扰等。LTE中，上行功率控制使得对于相同的MCS（ModulationAndCodingScheme），不同UE到达eNodeB的功率谱密度（PowerSpectralDensity，PSD亦即单位带宽上的功率）大致相等。eNodeB为不同的UE分配不同的发送带宽和调制编码机制MCS，使得不同条件下的UE获得相应不同的上行发射速率。LTE功率控制的对象包括PUCCH，PUSCH，SRS等。虽然这些上行信号的数据速率和重要性各自不同，其具体功控方法和参数也不尽相同。但其原理都是基本相同的，可以归纳为（对于上行接入的功控如RApreamble，RAMsg3会有所区别，会在相应接入部分加以描述）：UE发射的功率谱密度（即每RB上的功率）＝开环工控点＋动态的功率偏移。其中开环工控点＝标称功率P0＋开环的路损补偿α×（PL）。标称功率P0又分为小区标称功率和UE特定的标称功率两部分。eNodeB为小区内的所有UE半静态地设定一标称功率P0_PUSCH和P0_PUCCH，该值通过SIB2系统消息（UplinkPowerControlCommon:p0-NominalPUSCH,p0-NominalPUCCH）广播；P0_PUSCH的取值范围是－126dBm到＋24dBm（均指每RB而言）。P0_PUCCH的取值范围是－126dBm到－96dBm。除此之外，每个UE还可以有UEspecific的标称功率偏移，该值通过dedicatedRRC信令（UplinkPowerControlDedicated:p0-UE-PUSCH,p0-UE-PUCCH）下发给UE。P0_UE_PUSCH和P0_UE_PUCCH的单位是dB，在－8到＋7之间取值，是不同UE对于系统标称功率P0_PUSCH和P0_PUCCH的一个偏移量。需要注意的是，半静态调度的上行传输，P0_PUSCH的值也有所不同（SPS-ConfigUL:p0-NominalPUSCH-Persistent）。半静态调度应用于VoIP等，通常情况下希望尽量减少信令传输引起的系统开销，包括重传所需要的PDCCH信令。因此，对于SPS半静态上行传输，可以应用较高的发射功率，以达到更好的BLER（BlockErrorRate）工作点。开环的路损补偿PL基于UE对于下行的路损估计。UE通过测量下行参考信号RSRP，并与已知的RS信号功率进行相减，从而进行路损估计。RS信号的原始发射功率在SIB2中广播PDSCH-ConfigCommon:referenceSignalPower，范围是－60dBm到50dBm。为了抵消快速衰落的影响，UE通常在一个时间窗口内对下行的RSRP进行平均。时间窗口的长度一般在100ms到500ms之间。对于PUSCH和SRS，eNodeB通过参数α来决定路损在UE的上行功率控制中的权重。比如说，对于处于小区边缘的UE，如果其发送功率过高，会对别的小区造成干扰，从而降低整个系统的容量。通过α可以对此加以控制。α在系统消息中半静态设定（UplinkPowerControlCommon:alpha）。对于PUCCH来说，由于不同的PUCCH用户是码分复用的，α取值为1，可以更好地控制不同PUCCH用户之间的干扰。动态的功率偏移包含两个部分，基于MCS的功率调整△TF和闭环的功率控制。基于MCS的功率调整可以使得UE根据选定的MCS来动态地调整相应的发射功率谱密度。UE的MCS是由eNodeB来调度的，通过设置UE的发射MCS，可以较快地调整UE的发射功率密度谱，达到类似快速功控的效果。△TF的具体计算公式在36.213的5.1.1.1节。eNodeB还可以基于每个UE关闭或开启基于MCS的功率调整，通过dedicatedRRC信令（UplinkPowerControlDedicated:deltaMCS-Enabled）实现。PUCCH中基于MCS的功率调整体现为：LTE系统会对每个PUCCHformat定义相对于format1a的功率偏移（UplinkPowerControlCommon:DeltaFList-PUCCH），具体计算公式在36.213的5.1.2.1节。闭环的功率控制是指UE通过PDCCH中的TPC命令来对UE的发射功率进行调整。可以分为累积调整和绝对值调整两种方式。累积调整方式适用于PUSCH，PUCCH和SRS，绝对值调整方式只适用于PUSCH。这两种不同的调整方式之间的转换是半静态的，eNB通过专用RRC信令（UplinkPowerControlDedicated:accumulationEnabled）指示UE采用累积方式还是绝对值方式。累积方式是指当前功率调整值是在上次功率调整的数值上增加/减少一个TPC中指示的调整步长，累积方式是UE缺省使用的调整方式。LTE中累积方式的TPC可以有两套不同的调整步长，第一套步长为（-1，0，1，3）dB，对于PUSCH，由DCIformat0/3指示；对于PUCCH，由DCIformat1/1A/1B/1D/2/2A/3指示。第二套步长为（-1，1），由DCIformat3a指示（适用于PUCCH和PUSCH）。绝对值方式是指直接使用TPC中指示的功率调整数值，只适用于PUSCH。此时，eNodeB需要通过RRC信令显式地关闭累积方式地功率调整方式。当采用绝对值方式时，TPC数值为（-4，-1，1，4）dB，由DCIformat0/3指示，其功率调整地范围可达8db,适用于UE不连续的上行传输，可以使得eNodeB一步调整UE的发射功率至期望值。